一种基于y分支的易集成的硅基波导光反射器的制造方法
【技术领域】
[0001]本发明属于光通信技术领域，涉及一种硅基波导光反射器，尤其涉及一种适用于光信息处理领域的基于Y分支的易集成的硅基波导光反射器。
【背景技术】
[0002]波导光学持续发展，光信息技术日新月异，传统的波导光反射器件如布拉格光栅反射器，Sagnac反射器的弊端日益显现:布拉格反射光栅的反射性能与波长密切相关，只对特定波长的光信号有较好的反射效果。而且由于光栅反射器有一个光强积累的过程，所以难以处理单个光脉冲信号。Sagnac反射器的反射性能也与光波长密切相关，只对特定的具有满足定向耦合器能3dB分光的波长的光有较好的反射效果。另外在高能情况下，该反射器件会失效，表现为直通特性。
[0003]这些传统的光反射器反射性能都与光波长密切相关，光信息处理所必须的波分复用技术要求更加宽谱的反射器。因此，有部分研宄者采用了波导端面镀银的技术来获得对宽谱光的反射，但镀银器件工艺复杂，与CMOS工艺不兼容，威胁波导的大规模集成，因此一种新的反射性能与光波长无关，且性能优良的光反射器被迫切需要。
【发明内容】
[0004]本发明的目的是提供一种基于Y分支的易集成的硅基波导光反射器，其反射性能与波长无关，能反射任意波长的光波或脉冲信号，且无需特殊工艺，与CMOS工艺兼容；体积小，易于大规模集成。
[0005]为实现上述目的，本发明所采用的技术方案是:一种基于Y分支的易集成的硅基波导光反射器，由第一输出光波导和第二输出光波导构成，第一输出光波导为Y形光分束器；第一输出光波导包括输入光波导，输入光波导的尾端分别与第一分支输出光波导的首端和第二分支输出光波导的首端相连接；第二输出光波导的两端分别与第一分支输出光波导的尾端和第二分支输出光波导的尾端相连接。
[0006]所述的第二输出光波导为弯曲波导。
[0007]本发明硅基波导光反射器具有如下优点:
I)其反射机理与光波的波长无关，从而可以实现对任意波长光波的反射。
[0008]2)没有能量积累过程，可用于处理单个脉冲信号或者连续的光信号。
[0009]3)反射效果取决于波导限制光场的能力，只要光波能在波导中传播即可实现反射功能，故可反射具有较高能量的光信号。
[0010]4)采用的是绝缘衬底上的硅材料S0I，是指在S12*缘层上生长一层具有一定厚度的单晶硅薄膜，利用SOI材料制成的硅波导，其芯层是Si (折射率为3.45)，包层是S12(折射率为1.44)，这样包层和芯层的折射率差很大，所以该波导对光场的限制能力很强使得其弯曲半径可以很小，利于大规模集成。
[0011]5)结构简单，除弯曲波导的损耗外其他损耗可以忽略不计，故整体器件损耗很小。
[0012]6)可以利用现成的CMOS工艺技术，且作为无源器件，器件体积小，功耗低，扩展性好，便于与其他元件整合。
【附图说明】
[0013]图1为本发明硅基波导光反射器的结构示意图。
[0014]图中:1.第一输出光波导，2.第二输出光波导，11.输入光波导，12.第一分支输出光波导，13.第二分支输出光波导。
【具体实施方式】
[0015]下面结合附图和【具体实施方式】对本发明进行详细说明。
[0016]如图1所不，本发明娃基波导光反射器，由第一输出光波导I和第二输出光波导2构成，第一输出光波导I为Y形光分束器，即Y分支；第一输出光波导I包括输入光波导11，输入光波导11的尾端分别与第一分支输出光波导12的首端和第二分支输出光波导13的首端相连接；第二输出光波导2为弯曲波导，第二输出光波导2的两端分别与第一分支输出光波导12的尾端和第二分支输出光波导13的尾端相连接。
[0017]可以说，本发明光反射器由用绝缘体上的半导体材料制作的Y型光分束器和弯曲波导构成。该Y型光分束器和该弯曲波导均是利用SOI材料制成的硅波导，其芯层是Si(折射率为3.45)，包层是S12 (折射率为1.44)，这样包层和芯层的折射率差很大，所以该波导对光场的限制能力很强使得其弯曲半径可以很小，利于大规模集成。
[0018]本发明所涉及的一种基于Y分支的易集成的硅基波导光反射器虽然结构简单，但在新兴的硅基光学芯片的测试对准中有重要作用，可用高反射器判断光纤与硅基光波导是否对准从而代替昂贵的红外CCD相机设备，其潜在价值必将被证实。
[0019]下面通过分析光信号在图1所示光反射器中的传输过程，简要说明该光反射器的工作原理:
本发明光反射器规定任意波长的光波由输入光波导11的首端输入，当光波到达输入光波导11的尾端时，根据Y形光分束器的原理，光信号分为能量相同、相位也相同的两束光，并分别通过第一分支输出光波导12和第二分支输出光波导13继续向前传播。沿第一分支输出光波导12继续传输的光波会进入第二输出光波导2，并在第二输出光波导2内逆时针方向传输；沿第二分支输出光波导13继续传输的光波也会进入第二输出光波导2，并在第二输出光波导2内顺时针方向传输；根据光的相干性。两束光在第二输出光波导2内各自独立传输，不会产生相干变化。
[0020]在第二输出光波导2内顺时针传播的光会由第一分支输出光波导12的尾端进入第一分支输出光波导12 ;在第二输出光波导2内逆时针传播的光会由第二分支输出光波导13的尾端进入第二分支输出光波导13。
[0021 ] 由于两束光走过的光程相同，初始相位也相同，弯曲波导内损耗相同，所以两束单独传播的光信号会同时以相同的能量和相位由输入光波导11的尾端再次进入输入光波导Ilo根据Y形光分束器的原理，由于满足能量和相位匹配条件，这两束光会产生相干干涉从而还原成与入射光能量相同、周期相同、但方向相反的光信号继续沿输入光波导11传播，并最终由输入光波导11的首端输出。至此该器件完成了对光波的反射功能。
[0022]由以上分析可知，我们将光信号由输入光波导11的首端输入，光波最终会由输入光波导11的首端输出。明显的，该器件具有反射光信号的能力。能够用作光反射器。特别的，由于该反射器的反射机理不需要能量积累的过程，故该反射器也可用于对光脉冲信号的反射。
[0023]本发明硅基波导光反射器，对光波长不敏感，只要能在波导中传输的光均可被反射，能反射任意波长的光波，实现了全波长的光反射功能。而且，由于光的相干性，各路光波传输时互不干涉，故可传输多路光信号，使得本发明光反射器能同时反射多个波长的光信号。同时，在进行光波反射时，不需要能量的积累过程，故可对单个光脉冲信号进行反射。本发明光反射器保持了器件体积小和易集成的现代集成电路前提，可用于替代传统的光反射器。必将在光通信和光信息处理系统中发挥重要作用。
[0024]以上所述的具体实例，仅是对本发明的目的、技术方案和有益效果的进一步详细说明，所应指出的是以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
【主权项】
1.一种基于Y分支的易集成的硅基波导光反射器，其特征在于，该光反射器由第一输出光波导(I)和第二输出光波导(2)构成，第一输出光波导(I)为Y形光分束器；第一输出光波导(I)包括输入光波导(11)，输入光波导(11)的尾端分别与第一分支输出光波导(12)的首端和第二分支输出光波导(13)的首端相连接；第二输出光波导(2)的两端分别与第一分支输出光波导(12)的尾端和第二分支输出光波导(13)的尾端相连接。
2.根据权利要求1所述的基于Y分支的易集成的硅基波导光反射器，其特征在于，所述的第二输出光波导(2)为弯曲波导。
【专利摘要】本发明提供了一种基于Y分支的易集成的硅基波导光反射器，由第一输出光波导和第二输出光波导构成，第一输出光波导为Y形光分束器；第一输出光波导包括输入光波导，输入光波导的尾端分别与第一分支输出光波导的首端和第二分支输出光波导的首端相连接；第二输出光波导的两端分别与第一分支输出光波导的尾端和第二分支输出光波导的尾端相连接。该光反射器对光波长不敏感，能反射任意波长的光波，实现全波长的光反射功能，且能同时反射多个波长的光信号，并不需要能量的积累过程，可对单个光脉冲信号进行反射；保持了器件体积小和易集成的现代集成电路前提，可替代传统的光反射器，能在光通信和光信息处理系统中发挥重要作用。
【IPC分类】G02B6-122
【公开号】CN104714275
【申请号】CN201510098658
【发明人】田永辉, 李德钊, 赵永鹏, 吴小所, 刘子龙, 肖恢复, 赵国霖
【申请人】兰州大学
【公开日】2015年6月17日
【申请日】2015年3月6日